臺灣博碩士論文加值系統

本研究擬就最新之鋰鐵電池技術開發電動自行車用充電器及充電控制箱。本研究開發2小時可將鋰鐵電池組充滿電的充電器，充電器的電路結構以非隔離型的電路為主。電路中採用了TRIAC模組進行PWM模式的充電機制，同時，過電壓保護及過電流保護亦在電路中整合，以保護充電的鋰鐵電池組。
除了充電器的開發，本論文中亦針對多台電動自行車同時充電的輪充機制進行設計及研製，輪充機制的設計以充電器的輸入電壓可分成二類，分別為110V及220V。採用110V供電的充電控制箱可同提供10台電動自行車進行輪充充電，其中，每台電動自行車充電的需求功率約在250W左右，所以可同時充5部電動自行車，而其它5部電動自行車則在等候充電狀態，俟前5台電動自行車充滿電後，即行進入充電狀態，在8小時內一個110V供電的充電控制箱可對10台電動自行車充滿電，這是解決目前電動自行車在公用空間中單一插座只可充一部電動自行車的困境解決方案。另外220V供電的充電控制箱，將用以大電流對電動自行車進行充電，每部電動自行車將可在15分鐘內充滿電，所以本研究中設計開發出了可對5部電動自行車充電的大電流輪充機制，每次對1部電動自行車充電，其它電動自行車進入等候充電狀態，俟前一部電動自行車充好電之後，即行對下一部電動自行車進行充電，5部電動自行車在75分鐘內將可全部充好電力。開發大電力的充電機制將是充分利用最新鋰鐵電池技術的特色，亦是未來電動自行車開發最主要的關鍵，不論針對電動自行車電力直充的電力供應系統，或者是採用電池交換的電力供應系統。

The purpose of this thesis is to design and develop the charger and the power distributor for electric scooters using LiFePO4 batteries. Located at Taiwan, the charger uses the power of 110V@60Hz as its input, and outputs the DC power of 48V/10A for LiFePO4 batteries installed in the scooters. The charger in the design consists of four modules which include power input module, regulator module, monitor module and protection module. The protection module has the functions of over current protection (OCP) and over voltage protection (OVP). According the chargers classification, the charger under development uses the buck topology as its fundamentals. The buck topology has its features as high efficiency, low cost and no transformer, etc. Restricted by the power supply at Taiwan, this thesis also aims to develop the power distributors which are designed for multiple scooters charged in sequence. Using 110V/60Hz power supply, five scooters using LiFePO4 battery can be charged simultaneously at the condition of 48V/5A. The power distributor is designed to accommodate 10 scooters, 5 scooters charged and 5 scooters stayed in line for charge. The LiFePO4 battery in the research has the special characteristic which is able to accept high value of current for charging, up to 3C current. For a 20Ah battery, 3C current is 60A. Using the power supply of 220V@60Hz, the power distributor for 3C current charging is developed in this thesis. The 3C current charger can accommodate 5 scooters simultaneously, one scooter charged and four scooters stayed in line for charge. With the current of 3C, the charging time for each scooter is about 15 minutes. The speedy charging of 3C current is the key for the electric scooters development which needs a quick power restore system.

審定書 ............................................................................................................................ i
摘要 ............................................................................................................................... ii
Abstract ......................................................................................................................... iii
誌謝 .............................................................................................................................. iv
目錄 ............................................................................................................................... v
表目錄 ......................................................................................................................... vii
圖目錄 ........................................................................................................................ viii
第1 章 緒論 ........................................................................................................... 1
1-1 前言 ........................................................................................................... 2
1-2 研究動機與目的 ....................................................................................... 2
1-3 文獻回顧 ................................................................................................... 3
1-4 章節架構 ................................................................................................. 12
第2 章 磷酸鋰鐵電芯特性及充電設計 ............................................................. 13
2-1 電芯充放電曲線 ..................................................................................... 19
2-2 壽命測試 ................................................................................................. 23
2-3 內阻 ......................................................................................................... 26
vi
2-4 電池組及電池管理系統 ......................................................................... 30
第3 章 充電器設計與開發 ................................................................................. 37
3-1 系統功能需求設計及制訂 ..................................................................... 37
3-2 主電路拓撲結構之選擇 ......................................................................... 40
3-3 功率開關之控制方式 ............................................................................. 47
3-4 輔助電路設計 ......................................................................................... 52
第4 章 充電機制開發 ......................................................................................... 64
4-1 輪充機制開發 ......................................................................................... 65
4-1-1 智能型輪充設備 ........................................................................... 66
4-1-2 傳統電驛式輪充設備 ................................................................... 79
4-2 大電流輪充機制開發 ............................................................................. 85
第5 章 結論 ......................................................................................................... 98
參考文獻 ..................................................................................................................... 99

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